package com.xiongtian.stack;

/**
 * @author xiongtian
 * @version 1.0
 * @date 2021/3/18 19:56
 * 使用栈完成计算器表达式的计算思路：
 * 1. 通过一个index值（索引），来遍历我们的表达式
 * 2. 如果我们发现是一个数字，就直接入数栈
 * 3. 如果发现扫描到的是一个符号，就分一下情况
 * 3.1 如果发现当前的符号栈为空，就直接入栈
 * 3.2 如果符号栈有操作符，就进行比较，如当前的操作符的优先级小于或者等于栈中的操作符，
 * 就需要从数栈中pop出两个数，再从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到的结果，入数栈，
 * 然后将当前的操作符入符号栈，如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符，就直接入符号栈。
 * 4. 当表达式扫描完毕，就顺序的从数栈和符号栈中pop出相应的数和符号，并运行。
 * 5. 最后在数栈只有一个数字，就是表达式的结果、
 */
public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {

        // 根据思路完成表达式的运算
        String expression = "7*2*2-5+1-5+3-4";  // 表达式 7*2*2-5+1-5+3-4 = 18
        // 创建两个栈: 数栈 ， 符号栈
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10); // 数栈
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10); // 符号栈

        // 定义需要的相关变量
        int index = 0; // 用于扫描
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        char ch = ' '; // 将每次扫描得到的char保存到ch
        String keepNum = ""; //用于拼接多位数
        // 开始while循环的扫描expression
        while (true) {
            // 依次得到expression的每一个字符
            ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
            // 判断ch是什么，然后做相应的处理
            if (operStack.isOper(ch)) { // 如果是运算符
                // 判断当前的符号栈是否为空
                if (!operStack.isEmpty()) {
                    // 处理
                    // 如果符号栈中有操作符，就进行比较，如果当前的操作符的优先级小于或者等于栈中的操作符，就需要从数栈中pop出两个数，
                    // 在从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到结果，入数栈，然后将当前的操作符入符号栈
                    if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) { // TODO 易错点： 当前的优先级小于栈顶的优先级别
                        // 从数栈中抛出两个数进行运算
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1, num2, oper);
                        // 把运算的结果入数栈
                        numStack.push(res);
                        // 把当前的操作符入操作栈
                        operStack.push(ch);
                    } else {
                        // 如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符，就直接入符号栈
                        operStack.push(ch);
                    }
                } else {
                    // 如果为空直接入符号栈
                    operStack.push(ch);
                }
            } else { // 如果是数，则直接入数栈
                // numStack.push(ch - 48); //? "1+3"  '1' => 1 【ASK码表中 49 对应  1】
                // 分析思路：
                // 1.当处理多位数时，不能发现是一个数就立即入数栈，因为他可能是多位数
                // 2.在处理数，需要向expression的表达式的index后再看一位，如果是数就进行扫描，如果是符号才入栈
                // 3.因此需要定义一个字符串变量，用于拼接

                // 处理多位数
                keepNum += ch;

                //如果ch已经是expression的最后一位，直接入栈
                if (index == expression.length() - 1) {  // TODO 易错点：少 "-1"
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                } else { // TODO 易错点： “else”

                    //判断下一个字符是不是数字，如果是数字，就继续扫描，如果是运算符，则入数栈
                    // 注意是看后一位，不是index++
                    if (operStack.isOper(expression.substring(index + 1, index + 2).charAt(0))) {
                        // 如果后一位是运算符，则入栈 keepNum = “1” 或者 “123”
                        numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                        // 重要！！！！！ ，keepNum清空
                        keepNum = "";  // TODO 注意：记得还原 tempNum 不能漏写

                    }
                }

            }

            // 让index + 1，并判断是否扫描到expression最后
            index++;
            if (index >= expression.length()) {
                break;
            }
        }

        // 当表达式扫描完毕，就顺序的从 数栈和符号栈中pop出相应的数和符号，并运行。
        while (true) {
            // 如果符号栈为空，则计算到最后的结果，数栈中只有一个数字【结果】
            if (operStack.isEmpty()) {
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1, num2, oper);
            numStack.push(res); // 入栈
        }

        // 将数栈的最后数，pop出，就是结果
        int res2 = numStack.pop();
        System.out.printf("表达式 %s = %d", expression, res2);
    }
}

// 先创建一个栈使用之前创建好的
// 定义一个ArrayStack 表示栈， 需要扩展功能
class ArrayStack2 {
    private int maxSize; // 栈大小
    private int[] stack; // 数组，数组 模拟栈，数据就放在该数组
    private int top = -1; //top表示栈顶，初始化为 -1

    // 构造器
    public ArrayStack2(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        stack = new int[this.maxSize];
    }

    // 增加一个方法，可以返回当前栈顶的值，但是不是真正的pop
    public int peek() {
        return stack[top];
    }


    // 栈满
    public boolean isFull() {
        return top == maxSize - 1;
    }

    // 栈空
    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }

    // 入栈
    public void push(int val) {
        // 先判断栈时候满了
        if (isFull()) {
            System.out.println("栈满！");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = val;
    }

    public int pop() {
        // 先判断是否栈空
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈空！");
            throw new RuntimeException("栈空!");
        }
        int result = stack[top];
        top--;
        System.out.println("出栈的元素为：" + result);
        return result;
    }

    // 显示栈的情况，【遍历栈】，遍历时，需要从栈顶开始显示数据
    public void show() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈空，没有数据");
        }
        for (int i = top; i >= 0; i--) {
            System.out.printf("stack[%d] = %d\n", i, stack[i]);
        }
    }

    // 返回运算符的优先级，优先级是程序员来确定的，优先级使用数字表示
    // 数字越大，则优先级越高
    public int priority(int oper) {
        if (oper == '*' || oper == '/') {
            return 1;
        } else if (oper == '+' || oper == '-') {
            return 0;
        } else {
            return -1;//假定目前的表达式只有+,-,*,/
        }
    }

    // 判断是不是一个运算符
    public boolean isOper(char val) {
        return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
    }

    // 计算方法
    public int cal(int num1, int num2, int oper) {
        int result = 0; //用于存放返回的结果
        switch (oper) {
            case '+':
                result = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                result = num2 - num1; // 注意顺序
                break;
            case '*':
                result = num1 * num2;
                break;
            case '/':
                result = num2 / num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return result;
    }
}